ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЕ ВЗАИМОДЕСТВИЕ Лекция 1 преподаватель кафедры ТМСИ

ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЕ
ВЗАИМОДЕСТВИЕ
Лекция 1
преподаватель кафедры ТМСИ
Губин Максим Владимирович
ЧЕЛОВЕК - КОМПЬЮТЕР
Задача
Человек
Решение
задачи
Компьютер
Возможно ли решение задачи без участия человека?
2
История взаимодействия Ч-К
• Пользователей не большое число
(programmers)
• Как правило, пользователь имеет
специальное образование
• Огромное число бестолковых
пользователей (lamer)
• Большое число программирующих
пользователей «самоучек»
• Мощные средства разработки ПО
• Не развитые средства разработки ПО • Государственные стандарты
безнадежно устарели и их влияние на
• ПО соответствует требованиям
технологию программирования
государственных стандартов
равно нулю
• Нет интернета
• Наличие интернета
2014
15 лет
3
Определение
Человеко-компьютерное взаимодействие
(HCI, human-computer interaction) —
полидисциплинарное научное направление, занимающееся изучением
методов разработки, оценки и внедрения интерактивных компьютерных
систем, предназначенных для использования человеком, а также
исследованиями различных аспектов этого использования.
Зачастую HCI рассматривают как совокупность науки о
компьютерах, бихевиоризма, проектирования и других
областей исследования.
Взаимодействие между пользователями и компьютерами
происходит на уровне пользовательского интерфейса (или
просто интерфейса), который включает в себя программное и
аппаратное обеспечение.
4
Основные задачи ЧМВ
• Развитие методологий проектирования интерфейсов
(например, исходя из требований и класса пользователей,
проектирование наилучшего интерфейса в заданных рамках,
оптимизация под требуемые свойства, такие как обучаемость и
эффективность использования)
• Изучение методов реализации интерфейсов
(например, программные инструментарии, библиотеки и
рациональные алгоритмы)
• Разработка методов для оценки и сравнения интерфейсов
• Разработка новых интерфейсов и методов взаимодействия
• Развитие описательных и прогнозируемых моделей
• Развитие теории взаимодействия
5
Человеко-компьютерное взаимодействие изучается как с
человеческой стороны, так и с компьютерной.
С компьютерной стороны важны технологии:
компьютерной графики, операционных систем, языков
программирования, среды разработки.
С человеческой стороны важны:
теория коммуникации, графическое и производственное
проектирование, лингвистика, социология, когнитивная
психология и такие человеческие факторы как удовлетворение
пользователей.
Также имеет значение инженерия и проектирование.
6
13 принципов разработки дисплея
Дисплей предназначен для
восприятия системных переменных
и для облегчения дальнейшей
обработки данной информации
Кристофер Викенс (Christopher
Wickens) выделил 13 принципов
разработки дисплея в своей книге
«An Introduction to Human Factors
Engineering».
7
Качество интерфейса
Сегодня появляется большое число программ «уродцев»
с красивыми и бестолковыми интерфейсами, программ
«бабочек».
Если профессиональное ПО снабжено неудачным
интерфейсом, то оно может остаться
невостребованным.
Проектирование пользовательского интерфейса
рассматривается как отдельный процесс в рамках
жизненного цикла программного продукта.
8
Стандарты на пользовательский интерфейс
Модель качества SQuaRE (Software Quality Requirements and
Evaluation).
ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 . Оценка программной продукции.
Характеристики качества и руководства по их применению.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ИСО8402-94. Управление качеством и обеспечение
качества.
Набор стандартов ISO/IEC 14598, регламентирующий способы оценки
характеристик качества.
ISO/IEC 14598-3:2000. Информационные технологии. Оценка программного
продукта.
ISO/IEC 25041:2012. Разработка систем и программ. Требования и оценивание
качества систем и программ. Руководство по оцениванию для разработчиков,
покупателей и независимых оценщиков
Де-факто: графический интерфейс пользователя (GUI) с учетом
наиболее распространенных средств визуального программирования:
Visual C++, Visual Basic, Delphi.
9
ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Функциональные возможности (Functionality). Набор атрибутов, относящихся к сути
набора функций и их конкретным свойствам. Функциями являются те, которые
реализуют установленные или предполагаемые потребности.
Надежность (Reliability). Набор атрибутов, относящихся к способности
программного обеспечения сохранять свой уровень качества функционирования
при установленных условиях за установленный период времени.
Практичность (Usability). Набор атрибутов, относящихся к объему работ, требуемых
для использования и индивидуальной оценки такого использования определенным
или предполагаемым кругом пользователей.
Эффективность (Efficiences). Набор атрибутов, относящихся к соотношению между
уровнем качества функционирования программного обеспечения и объемом
используемых ресурсов при установленных условиях.
Сопровождаемость (Maintainability). Набор атрибутов, относящихся к объему работ,
требуемых для проведения конкретных изменений (модификаций).
Мобильность (Portability). Набор атрибутов, относящихся к способности
программного обеспечения быть перенесенным из одного окружения в другое.
10
Модель процесса оценивания
11
Комплексные показатели качества
Функциональные возможности Эффективность
Правильность
Характер изменения во
Способность к
времени
взаимодействию
Характер изменения
Согласованность
ресурсов
Защищенность
Сопровождаемость
Надежность
Анализируемость
Стабильность
Изменяемость
Устойчивость к ошибке
Устойчивость
Восстанавливаемость
Тестируемость
Практичность
Мобильность
Понятность
Адаптируемость
Обучаемость
Соответствие
Простота использования
Взаимозаменяемость
12
Разные точки зрения на качество
интерфейса
Представление пользователя.
Представление разработчика.
Определяются требованиями
приемки, которые отражены
предполагаемыми на момент
разработки потребностями.
Представление руководителя. Руководитель может быть более
заинтересован в общем качестве, чем в конкретной
характеристике качества. Могут быть важны такие
характеристики как управляемость, плановая задержка,
перерасход стоимости, потому что он заинтересован в
оптимизации качества в пределах ограниченной стоимости,
трудоемкости ресурсов и установленного времени.
13
Пользовательский интерфейс
Что такое пользовательский интерфейс?
14
Определение
Пользовательский интерфейс —
это совокупность информационной модели проблемной
области, средств и способов взаимодействия пользователя
с информационной моделью, а также компонентов,
обеспечивающих формирование информационной модели в
процессе работы программной системы.
Информационная модель —
условное представление проблемной области, формируемое
с помощью компьютерных (визуальных и звуковых) объектов,
отражающих состав и взаимодействие реальных объектов
проблемной области.
Средства и способы взаимодействия с информационной моделью
определяются составом аппаратного и программного обеспечения.
15
Проектирование интерфейса
Проектированием интерфейсов необходимо
заниматься с начальных этапов разработки
программного продукта.
Задачи, возлагаемые на интерфейс, могут
меняться во время разработки ПО.
Все что видит пользователь – это интерфейс, т.е.
с точки зрения пользователя, интерфейс – это
конечный продукт.
16
Эффективность
Эффективность работы
пользователя определяется не
только функциональными
возможностями имеющихся в его
распоряжении аппаратных и
программных средств, но и
доступностью для пользователя
этих возможностей.
Полнота использования
потенциальных возможностей
имеющихся ресурсов зависит от
качества пользовательского
интерфейса.
17
Windows 1.0
18
Качество пользовательского
интерфейса
Качество пользовательского интерфейса –
это самостоятельная характеристика программного продукта,
сопоставима по значимости с такими его показателями, как
надежность и эффективность использования вычислительных
ресурсов.
! Разработчик приложения должен знать, что такое
хороший интерфейс, и как его построить.
Принципы разработки пользовательского интерфейса
рассмотрены в лекция 2.
19
Человеко-ориентированный интерфейс
Интерфейс должен отвечать нуждам человека и учитывать его
слабости.
Следовательно, прежде чем заниматься проектированием
интерфейсов, необходимо изучить человека.
Например: на загрузку компьютера требуется некоторое время.
20
Принцип разработки ЧО интерфейса
Ритм взаимодействия должен устанавливаться самим
пользователем.
Данный принцип предполагает , что программные
продукты не должны вынуждать пользователя ждать
без необходимости или не должны подгонять
пользователя.
В ряде случаев технологии не могут обеспечить
условия выполнения данного принципа. Например,
скорость сети ограничена.
21
Эргономика
Руководства по разработке продуктов,
взаимодействующих с нами физически, обычно содержат
конкретную информацию, основанную на свойствах и
возможностях человеческого скелета и органов чувств.
На основе этих знаний можно проектировать стулья,
столы, клавиатуры или дисплеи, которые с высокой
степенью вероятности будут удобны для своих
пользователей.
22
23
Рабочее место
от Novelquest за $4950
Состоит из стальной
рамки, на которой
закреплены
светодиодные лампы для
освещения рабочего
места, подставка для 1-3
мониторов, удобного
кресла со специальной
подставкой для ног,
подставки для
клавиатуры и различных
разъемов для
подключения PC.
Практически все
параметры вроде
наклона кресла, высоты
расположения
мониторов и т.п. –
регулируются.
24
Изучение пользователя
Мы должны овладеть эргономикой сознания,
если мы хотим создавать интерфейсы, которые
могли бы хорошо работать.
Мы часто не замечаем собственные ментальные
ограничения, поэтому для определения границ
возможностей нашего сознания мы должны
прибегнуть к тщательному наблюдению и
экспериментированию.
Например, нельзя ожидать от обычного
пользователя способности перемножать в уме
30-значные числа за 5 секунд.
25
Когнитивная психология
Когнитивная психология — раздел психологии, изучающий
когнитивные, то есть познавательные процессы
человеческого сознания.
Исследования в этой области обычно связаны с
вопросами памяти, внимания, чувств, представления
информации, логического мышления, воображения,
способности к принятию решений.
Когнитивные способности человека, в информационных
единицах, не очень велики и по экспериментальным
данным составляют 120 бит/чел.час.
Когнитивный процесс подчиняется принципу, который Лившиц
называет «гносеологическим принципом» А. Н. Колмогорова, и
имеет волновую форму в нелинейных средах.
26
из письма А. Н. Колмогорова от 27 августа 1963 г.
Гносеологи́ческий при́нцип (эволюционный эпистемологический
принцип) — утверждение, что в мышлении и творчестве человека
проявляется только тенденция к поискам более простых
(оптимальных) решений. Достижение лучших решений,
построенных совсем иначе, таких решений, которые не могут быть
получены из предложенного путём мелких улучшений, лежит за
пределами того, что может уловить самая изощрённая интуиция.
27
Лондон в 2030
Студент Marten Wallgren из
британского Королевского колледжа
искусств, в рамках конкурса
«Мобильность городов будущего»,
представил футуристические модели
складного велосипеда и автобуса.
Складные велосипеды могут
перевозиться в «зеленых» автобусах и
такси. Конструкция же велосипедов
позволяет складывать их таким
образом, что они превращаются в
сиденья в автобусах и такси, а энергия,
которая выработалась при кручении
педалей, сохраняется и используется
как плата за проезд.
28
Интересно отметить
Все известные компьютерные интерфейсы, а
также многие некомпьютерные интерфейсы
«человек-машина» разработаны с расчетом
на некие когнитивные способности,
которыми, как показывают эксперименты, мы
на самом деле не обладаем.
Большая часть трудностей, связанных с
использованием компьютеров и подобных
устройств, возникает скорее из-за низкого
качества интерфейса, чем из-за сложности
самой задачи или же недостатка старания или
умственных способностей у пользователя.
29
Когнитивное сознательное
и когнитивное бессознательное
Бессознательными называются те ментальные процессы,
которые вы не осознаете в тот момент, когда они происходят.
Когнитивное сознательное включается в тех случаях, когда вы
сталкиваетесь с ситуацией, которая кажется новой или
представляет угрозу, или когда вам требуется принять
нешаблонное решение.
Когнитивное сознательное работает последовательно и
может оперировать только одним вопросом или
контролировать только одно действие в течение некоторого
промежутка времени.
Сознательное проявляется при решении ветвящихся задач.
30
Свойства когнитивного сознательного
и когнитивного бессознательного
31
История представлений о мозге
Появление псевдонаучных
направлений
Эдвард Виттен,
один из лидеров
исследований
М-теории
32
Сознание и модели человеческого разума
Дон Норман, когнитивный психолог, хорошо
знакомый с компьютерами, говорил о
человеческом разуме в терминах
вычислительных устройств.
Дж. P. Андерсон в 1976 году построил модель
ментальных операций на основе так
называемых продукций — инструмента,
который широко используется для описания
синтаксиса компьютерных языков.
33
Локус внимания
В каждый момент времени вы можете
сконцентрироваться только на одном.
Чем бы ни был этот объект, деталь,
воспоминание, мысль или понятие, он
становится локусом вашего внимания.
Термин локус обозначает некоторое
место или область.
Когда вы находитесь в бодрствующем и
сознательном состоянии, вашим локусом
внимания является какой-то объект
окружающего мира или идея, о которой
вы целенаправленно и активно думаете.
34
Одновременное выполнение задач
На языке когнитивной психологии любая задача, которую вы
научились выполнять без участия сознания, становится
автоматичной.
Автоматизм позволяет выполнять
сразу несколько действий одновременно.
Все одновременно выполняемые задачи,
за исключением не более чем одной,
являются автоматичными.
Та задача, которая не является автоматичной, находится
непосредственно в локусе вашего внимания.
Когда вы выполняете одновременно две задачи, ни одна из
которых не является автоматичной, эффективность
выполнения каждой из них снижается в результате
конкуренции за область внимания (интерференция).
35
Пример
Вы можете одновременно не спеша идти, что-нибудь есть
и при этом решать какую-нибудь математическую задачу.
В это же время можно бессознательно обдумывать и еще
одну математическую задачу, но по определению
когнитивного бессознательного вы не заметите этого
процесса.
Здесь следует обратить внимание только на то, что вы не
можете сознательно работать над двумя разными
математическими задачами одновременно.
36
Перцептивная память
Большинство восприятий утрачиваются после того, как
затухают.
С точки зрения разработки интерфейсов из быстрого
затухания сенсорных восприятий следует, что человек,
прочитавший или услышавший 5 секунд назад некоторое
сообщение, необязательно сможет вспомнить его
содержание.
Если такое сообщение важно само по себе или содержит
важную деталь, например номер в сообщении
«Ошибка 39-152», то оно должно оставаться на экране до
тех пор, пока не перестанет быть актуальным.
37
Автоматичность неизбежна
Человек не может избежать
формирования автоматических реакций.
Формирование привычек является
неотъемлемой частью нашего ментального
аппарата. Его невозможно остановить
волевым действием.
Любая последовательность действий,
которую вы регулярно выполняете,
становится, в конце концов, автоматичной.
Набор действий, составляющих
последовательность, становится как бы
одним действием.
38
Психология при тестировании
интерфейсов
Существует обратная корреляция между уровнем
поглощения глюкозы определенной зоной мозга
испытуемого, что является показателем потребления
энергии в данной физической структуре его мозга, и
степенью легкости, с которой испытуемый использует
тестируемый элемент интерфейса.
Возможно в будущем измерение параметров мозговой
активности может найти более широкое применение в
качестве средства тестирования интерфейсов.
39
NISSAN НАУЧИТ АВТОМОБИЛЬ
ЧИТАТЬ МЫСЛИ ВОДИТЕЛЯ
Японские инженеры и их швейцарские коллеги объединяют
устройство для регистрации мозговой активности и программу
анализа человеческого поведения в единую систему помощи в
управлении автомобилем.
40
Тим Браун Дизайн-мышление: от разработки новых продуктов до
проектирования бизнес-моделей
41